光和納米技術(shù)可防止醫(yī)療植入物上的細(xì)菌感染

大約50年前發(fā)明的外科醫(yī)療網(wǎng)已成為受損組織手術(shù)恢復(fù)過(guò)程中的關(guān)鍵因素，最常見(jiàn)的是疝氣修復(fù)。當(dāng)植入患者組織內(nèi)時(shí)，這些網(wǎng)狀物的柔性和適形設(shè)計(jì)可牢固地保持肌肉，并且比傳統(tǒng)的縫合和縫合外科手術(shù)更快恢復(fù)。

然而，在患者體內(nèi)插入醫(yī)用植入物會(huì)帶來(lái)手術(shù)期間細(xì)菌污染的風(fēng)險(xiǎn)，并隨后在外科網(wǎng)狀物表面上形成感染性生物膜。這種生物膜傾向于像塑料涂層一樣起作用，防止任何種類(lèi)的抗生素劑到達(dá)并攻擊膜上形成的細(xì)菌以阻止感染。因此，有時(shí)間限制的抗生素療法可以抵抗超級(jí)抗性細(xì)菌，并且患者可能最終導(dǎo)致可能導(dǎo)致死亡的反復(fù)或永無(wú)止境的外科手術(shù)。事實(shí)上，根據(jù)歐洲抗菌藥物耐藥監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)(EARS-Net)，2015年，歐洲超過(guò)30,000人死于抗生素抗性細(xì)菌感染。

醫(yī)生在手術(shù)過(guò)程中使用了幾種方法來(lái)預(yù)防植入物污染。已經(jīng)建立并實(shí)施了術(shù)后無(wú)菌方案以對(duì)抗這些抗生素抗性細(xì)菌，但沒(méi)有一個(gè)完全履行解決該問(wèn)題的作用。

在最近發(fā)表于Nano Letters并在Nature Photonics中發(fā)表的一項(xiàng)研究中，ICFO研究人員Ignacio de Miguel博士，Arantxa Albornoz博士，由ICREA教授在ICFO Romain Quidant領(lǐng)導(dǎo)，與研究人員Irene Prieto，Vanesa Sanz博士，Christine博士合作來(lái)自B. Braun 醫(yī)療設(shè)備和制藥設(shè)備公司的Weis和Pau Turon博士設(shè)計(jì)了一種新技術(shù)，該技術(shù)使用納米技術(shù)和光子學(xué)來(lái)顯著提高外科植入物醫(yī)療網(wǎng)的性能。

自2012年以來(lái)，ICFO和B. Braun Surgical，SA的研究團(tuán)隊(duì)合作開(kāi)發(fā)了一種具有特殊功能的醫(yī)用網(wǎng)狀物：網(wǎng)狀物的表面經(jīng)過(guò)化學(xué)改性以固定數(shù)百萬(wàn)個(gè)金納米顆粒。為什么?因?yàn)橐呀?jīng)證明金納米粒子在局部區(qū)域高效地將光轉(zhuǎn)化為熱量。

在先前的研究中已經(jīng)在癌癥治療中測(cè)試了在光熱轉(zhuǎn)換過(guò)程中使用金納米顆粒的技術(shù)。據(jù)了解，全世界每年都有超過(guò)2000萬(wàn)次疝氣修復(fù)手術(shù)，研究人員相信這種方法可以降低復(fù)發(fā)手術(shù)中的醫(yī)療費(fèi)用，同時(shí)消除目前用于解決這一問(wèn)題的昂貴且無(wú)效的抗生素治療方法。

在

因此，在他們的體外實(shí)驗(yàn)和徹底的過(guò)程中，研究小組用數(shù)百萬(wàn)個(gè)金納米粒子涂覆手術(shù)網(wǎng)，將它們均勻地鋪展在整個(gè)結(jié)構(gòu)上。他們測(cè)試了網(wǎng)狀物，以確保顆粒的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，材料的不降解，以及納米顆粒不會(huì)分離或釋放到周?chē)h(huán)境(燒瓶)中。他們能夠使用掃描電子顯微鏡觀察納米顆粒在結(jié)構(gòu)上的均勻分布。

一旦修改過(guò)的網(wǎng)狀物準(zhǔn)備就緒，研究小組將其暴露于金黃色葡萄球菌細(xì)菌24小時(shí)，直到他們觀察到表面形成生物膜。隨后，他們開(kāi)始在30秒內(nèi)將網(wǎng)狀物暴露于近紅外光(800nm)的短而強(qiáng)的脈沖以確保達(dá)到熱平衡，然后在每次脈沖之間以4秒的休息間隔重復(fù)該處理20次。

他們發(fā)現(xiàn)了以下內(nèi)容：首先，他們看到以特定頻率照射網(wǎng)格會(huì)在納米粒子中引起局部表面等離子體共振 - 這種模式導(dǎo)致光有效地轉(zhuǎn)化為熱量，燃燒表面上的細(xì)菌。

其次，通過(guò)使用熒光共聚焦顯微鏡，他們觀察了有多少細(xì)菌死亡或仍然存活。他們觀察到剩余的生物膜細(xì)菌成為浮游細(xì)胞，恢復(fù)了它們對(duì)抗生素治療和免疫系統(tǒng)反應(yīng)的敏感性或弱點(diǎn)。他們觀察到，當(dāng)增加傳遞到網(wǎng)狀物表面的光量時(shí)，死細(xì)菌將失去其粘附性并從表面剝離。

第三，他們證實(shí)在近紅外光范圍內(nèi)操作與體內(nèi)設(shè)置完全兼容，這意味著這種技術(shù)很可能不會(huì)損害周?chē)慕】到M織。最后，他們重復(fù)處理并確認(rèn)網(wǎng)格的反復(fù)加熱并未影響其轉(zhuǎn)換效率能力。

ICREA ICFO教授Romain Quidant說(shuō)：“這項(xiàng)研究的結(jié)果為利用等離子體納米技術(shù)防止外科植入物表面形成細(xì)菌生物膜鋪平了道路。仍有幾個(gè)問(wèn)題需要解決，但重要的是強(qiáng)調(diào)這種技術(shù)確實(shí)意味著手術(shù)程序的根本改變和患者術(shù)后的進(jìn)一步恢復(fù)。“

B. Braun Surgical研究與開(kāi)發(fā)總監(jiān)Pau Turon博士說(shuō)：“我們致力于幫助醫(yī)療保健專(zhuān)業(yè)人員避免醫(yī)院相關(guān)感染，這促使我們制定新的策略來(lái)對(duì)抗細(xì)菌和生物膜。此外，研究團(tuán)隊(duì)正在探索將此類(lèi)技術(shù)擴(kuò)展到必須避免生物膜的其他部門(mén)。“